Solarzelle Posts

Solarenergie in Afrika: Solarstrom für Handys dank Photovoltaik-Ladestation

Das Berliner Start-Up Mobisol bietet Solarmodule als Ladestationen für Handys an. Die Zielgruppe befindet sich in Afrika; Möglichkeiten zum Aufladen von Handys sind in der Bevölkerung sehr willkommen, insbesondere dank des schlechten Zugangs zum öffentlichen Stromnetz.

Der Zugang zu Steckdosen in Entwicklungsländern ist oftmals schwierig Mobisol will da Abhilfe schaffen.

Wahrscheinlich kennt es mittlerweile jeder durchschnittliche Mitteleuropäer zur Genüge: der ewige Fluch es leeren Handyakkus. Damit verbunden sind zwei Sachverhalte: Zum einen die ewige Beschwerde darüber, dass das neue Smartphone ganz großartig sei, man es allerdings andauernd aufladen müsse. Zum anderen die Notwendigkeit, sich, zumindest wenn die Abendstunden näher rücken, in der Nähe einer Steckdose aufzuhalten.

Das klingt alles nach first-world problems, möchte man meinen, ist es aber nur zum Teil. Zumindest der ständige Zugang zu einer Möglichkeit sein Handy aufzuladen scheint ein Problem zu sein, dass eine globale Bedeutung hat. Ein Beispiel: In Afrika sind Mobiltelephone weit verbreitet und sind ein wichtiger Knotenpunkt des Alltags und des Geschäftslebens geworden. Eine Studie des kenianischen Mobilfunkanbieters Safaricom hat zum Beispiel ergeben, dass 95% der Bevölkerung Kenias einen Zugang zum Mobilfunknetz besitzen. Doch so umfangreich der Handybesitz ausfallen mag, so gering sind die Chancen, dass man sein Handy auch regelmäßig ohne Probleme aufladen kann. Der Zugang zum öffentlichen Stromnetz ist bei dem Großteil der afrikanischen Bevölkerung zumeist kaum bis mangelhaft vorhanden. Dies ist laut einer Studie der Weltbank unter anderem auch dem Fakt geschuldet, das 70% der Bevölkerung Afrikas noch immer auf dem Land zu Hause ist, wo die Stromversorgung schwerer ist als in den Städten.

Das Berliner Start-Up Mobisol hat sich zum Ziel gesetzt, das Bedürfnis nach Steckdosen zur Handyaufladung zu befriedigen und bietet mit Solarenergie betriebene Steckdosen an. Preiswert und vor allem für jene Konsumenten aus Entwicklungsländern erschwinglich sind die Geräte. Im Wesentlichen können diese Solarmodule für den Heimgebrauch als Ladestation für das Handy oder als Stromlieferant für eine Lampe fungieren. Firmengründer und Ingenieur für erneuerbare Energien Thomas Gottschalk bekam die Idee für dieses Geschäftsmodell während seiner 18 monatigen Reise um die Welt in einem mit  Solarenergie betriebenen Auto. Und das Geschäft, mit den durch die Sonne betrieben Steckdosen, scheint für Mobisol auf zu gehen. Immerhin hat das Unternehmen mittlerweile 680 Kunden in Tansania, Kenia und Ghana. Bis Ende 2013 sollen bis zu 3000 Geräte im Einsatz sein. Es ist gut zu wissen, dass endlich jeder überall sein Handy laden kann.

 

Quelle: Technology Review

 

Silber statt Indium: Forscher senken Kosten für organische Solarzellen

In der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift Advanced Energy Materials veröffentlichten Forscher der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) Ergebnisse zur lichtdurchlässigen Herstellung organischer Solarzellen. Dabei konnten die Wissenschaftler durch das Ersetzen der bisher in organischen Solarzellen üblichen Elektroden aus Indiumzinnoxid (ITO) durch Silber-Nanodrähte sowohl die Kosten für Material und Verarbeitung senken, da auf das  teure Indium verzichtet wurde.

Teures Indium: Forscher der FAU ersetzten den teuren Rohstoff durch Nanodrähte aus Silber

Synthetisches Material: Biegsam und dünn, damit vielseitig einsetzbar

Rein Synthetische Materialien sorgen bei organischen Solarzellen für den Photoeffekt. Daraus ergeben sich sehr biegsame und extrem dünne Zellen, die sowohl lichtdurchlässig als auch in verschiedenen Farben hergestellt werden können. Während kristalline Solarzellen ob ihrer Struktur sehr unflexibel sind, eignen sich organische Zellen besonders für den Einsatz in Textilien oder im Architekturbereich, z.B. für integrierte PV-Anlagen an Fassaden oder in Fenstern.

Sprung nach vorne für semitransparente Solarzellen

Im Vergleich zu kristallinen Solarmodulen hinken organische Solarzellen bisher in Kosten, Wirkungsgrad und Haltbarkeit jedoch hinterher, was bisher den kommerziellen Durchbruch verhinderte. Die Ergebnisse der FAU-Wissenschaftler werden jedoch die Kosten, vor allem für semitransparente Solarzellen, nachhaltig senken.

Bisher wurden in diesen Zellen ITO als Elektroden-Material verwendet, es galt als einziges Material, das die notwendigen guten elektrischen Leiteigenschaften mit der benötigten Lichtdurchlässigkeit der Elektroden verband. Während Indium als Rohstoff bereits teuer ist, fallen zusätzliche Kosten auch für die Herstellung von Indiumzinnoxid in einem teuren Vakuumprozess an, der zusätzlich noch energieintensiv ist.

Dem FAU-Wissenschaftler Fei Guo gelang es nun, ITO durch feinste Silberdrähte als Elektroden zu ersetzen. Guo ist Mitglied der Forschergruppe, die von Prof. Dr. Christoph Brabec, Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffe der Elektronik und Energietechnik), koordiniert und von den Arbeitsgruppen von Prof. Dr. Marcus Halik, Prof. Dr. Dirk Guldi und Prof. Dr. Erdmann Spiecker unterstützt wird. Fei Guo, Wissenschaftler am FAU, gelang es jedoch, feinste Silberdrähte statt ITO für die Elektroden zu benutzen.

Vorteile auch in der Effizienz

Das Drahtnetz der Dicke im Nanometerbereich, das die Forscher über die photoaktive Schicht der Solarzellen spannten, ist elektrisch leitfähig, aber gleichzeitig auch so grobmaschig gehalten, dass genügend Licht in die Zelle gelangen kann. Tests an Referenzzellen ergaben, dass diese neue Variante den konventionell hergestellten organischen Solarzellen in nichts nachsteht.

In Sachen Effizienz konnten die Wissenschaftler sogar den höchsten bisher dokumentierten Wert für organische Solarzellen überbieten. Sie erreichten 63 Prozent Füllfaktor, bei mehr als 50 weiteren, über ein Druckverfahren hergestellten Zellen konnte ein Füllfaktor mit 58 bis 62 Prozent festgestellt werden.

Durch Druckverfahren: Einsparungen auch im Energiebereich

Durch das neue Material werden somit Kosten wie auch Energie gespart, die Zellen können jetzt komplett über ein Druckverfahren produziert werden. Die in Flüssigkeit gelösten Komponenten werden wie Tinte Schichtweise auf eine dünne Plastikfolie aufgedruckt und getrocknet, wodurch auf vergleichsweise einfache Weise riesige Solarbögen hergestellt werden können. Der energieintensive Vakuumprozess entfällt.

 Quelle: Solarserver

Organische Solarzellen: Erhöhte Effizienz durch Nanogitter

Lichtschluckende Nanogitter aus Gold in dünnen organischen Sandwich-Solarzellen. Was sich anhört wie eine technische Errungenschaft aus einer Science-Fiction-Komödie könnte den Wirkungsgrad von zukünftigen Solarzellen merklich erhöhen.

Photovoltaik SiliziumEffizienzsteigerung um bis zu 175 Prozent

Forscher des NanoStructure Laboratory der Universität in Princeton (USA) haben Solarzellen mit feinsten Gitterstrukturen versehen, um Reflexion und Streuverluste zu verringern. Dabei entstanden Messwerte, die die Effizienz bisheriger organischer Solarzellen bei seitlich eintreffem, diffusen Licht wie z.B. bei Wolkenhimmel um bis zu 175 Prozent übertrafen. Bei direktem Licht lag die Steigerung bei 52 Prozent. Neben der besseren Effizienz bei seitlichem und indirektem Licht liegt ein weiterer Vorteil der neuen Methode in der kompakteren Bauweise, der dünnere, flexiblere und günstigere organische Solarzellen ermöglicht.

Das Lochgitter-System, das auf den Namen „PlaCSH“ (Plasmonic Cabity with Subawavelength Hole-array) hört, konnte in einem breiten Wellenlängenspektrum bis zu 96 Prozent des einfallenden Lichtes absorbieren – selbst bei sehr geringem Einfallswinkel. Bisher besteht die Oberfläche von Dünnschicht-Solarzellen meist aus transparenten Elektroden aus Indiumzinnoxid, das z.B. auch in Touchscreens oder Flüssigkristallbildschirmen seine Anwendung findet. An den Schichtübergängen zu den weiteren Schichten, der Strom erzeugende Schicht und der Metallelektrode, entstehen hohe Streu- und Reflexionsverluste, die den Wirkungsgrad der Solarzellen verringern.

Erwartung der Forscher übertroffen

Dass das feine Metallgitter aus Gold, gerade mal 30 Nanometer hoch und versehen mit Löchern von 175 Nanometern Durchmessern (bei rund 25 Nanometer dünnen Stegen), die Streuverluste so sehr verringern würde, lag allerdings außerhalb des Erwartungsbereiches der Forscher.

Mit der neuen Methode lassen sich Solarzellen in hauchfeine Nanostrukturen „drucken“ und damit günstig auf großen Flächen anbringen. Gegenüber den bisherigen Indiumzinnoxid-Zellen ist damit auch eine Verbesserung Biegsamkeit und der Unempfindlichkeit in Sicht.

Die Forscher hegen zudem die Hoffnung, auch die Effizienz herkömmlicher Silizium-Solarzellen wie sie in den meisten Photovoltaik-Anlagen verbaut sind mit dieser Methode verbessern zu können. So müsse nach Forscherangaben die Zwischenschicht nicht zwangsläufig aus organischem Material bestehen, sondern könne unter Umständen auch durch anorganisches Silizium und Galliumarsenid gebildet werden. Der Vorteil liegt auf der Hand: Bisher liegen organische Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von rund vier Prozent weit hinter den Silizium-Konkurrenten, die rund 20 Prozent Effizienz erreichen.

Quelle: Wissenschaft Aktuell

Schwarzes Silizium erhöht Wirkungsgrad von Solarzellen

Über ein Drittel der weltweit aus Solarstrom-Anlagen gewonnenen Energie wird in Deutschland produziert. Ein Kritikpunkt, den sich die Photovoltaik dabei jedoch immer wieder gefallen lassen muss, ist der Wirkungsgrad der Zellen. Ein weiterer Schritt zur Verbesserung dieses Wirkungsgrades scheint Forschern des Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institutes (HHI) gelungen zu sein: Schwarzes Silizium schafft es, auch die Wärmestrahlung der Sonne zu nutzen.

Herstellung durch Schwefel-Laserbehandlung

Bisherige Solarzellen konnten nur drei Viertel der Sonnenenergie in elektrische Energie umwandeln. Dabei ging das verbleibende Viertel, die Infrarotstrahlung, verloren. Schwarzes Silizium hingegen erweitert den Erfolg bisheriger Silizium-Zellen um genau diese Strahlung. Gewonnen wird es durch eine besondere Behandlung mit einem Laser: „Schwarzes Silizium erhält man, indem man übliches Silizium unter Schwefelatmosphäre mit einem Femtosekundenlaser bestrahlt. Die Oberfläche wird aufgeraut, einzelne Schwefelatome in das Siliziumgitter eingebaut und das Material erscheint schwarz.“, so Dr. Stefan Kontermann, Gruppenleiter der Fraunhofer-Projektgruppe Faseroptische Sensorsysteme des HHI. Solarzellen mit Schwarzem Silizium könnten so ihren Wirkungsgrad deutlich erhöhen.

Mauerbau in Miniaturform

Um den Wirkungsgrad von Solarzellen aus Schwarzem Silizum weiter zu erhöhen, wurde die Pulsform des Lasers, mit dem das Silizum bestrahlt wurde, verändert. So schwächten sie ein Problem des bisherigen Schwarzen Siliziums deutlich ab: Der Schwefel in diesem Silizium sorgt dafür, dass die gewonnen Elektronen nach oben und so zur Stromgewinnung transportiert werden können – als ob sie auf eine Mauer gehoben werden. Während bei normalem Silizium das Infrarotlicht nicht die nötige Energie besitzt, um umgesetzt zu werden, übernimmt der Schwefel im Schwarzen Silizium die Aufgabe einer Zwischenstufe. Problematisch war bisher allerdings, dass diese Zwischenstufe nicht nur die Abgabe von Elektronen, sondern auch die Wiederaufnahme selbiger erleichterte – der gewonnene Strom geht wieder verloren. Ein veränderter Laserpuls brachte laut Kontermann die Lösung: „Wir haben den eingebauten Schwefel über die Laserphotonen so verändert, dass möglichst viele Elektronen hinaufkommen können, aber möglichst wenig wieder hinuntergelangen.“

Suche nach dem optimalen Laserpuls

Um den optimalen Wirkungsgrad zu erreichen, werden die Laserpulse nun immer wieder verändert, um die Unterschiede im Material und im erreichten Wirkungsgrad zu untersuchen. In Zukunft soll dies ein Algorithmen-System übernehmen. Prototypen von Solarzellen aus Schwarzem Silizium konnten die Forscher bereits produzieren. Das Nah-Ziel definiert Kontermann so: „Wir hoffen, den Wirkungsgrad kommerzieller Solarzellen, der momentan bei etwa 17 Prozent liegt, um ein Prozent erhöhen zu können, indem wir sie mit Schwarzem Silizium kombinieren.“ In Zukunft sollen also Zellen aus bisheriger Produktion mit Schwarzem Silizium kombiniert werden. So entsteht eine Tandem-Zelle. Zudem ist geplant, die Laseranlage über eine Ausgründung zu vermarkten und Herstellern so zu ermöglichen, Schwarzes Silizium für die Eigenproduktion herzustellen und damit für die Photovoltaik-Serienproduktion zu öffnen. Das unter dem Namen „Maßgeschneiderte Lichtpulse“ laufende Projekt wird am 11. Oktober 2012 in Goslar als einer der Preisträger im Wettbewerb „365 Orte im Land der Ideen“ ausgezeichnet.

Quelle: Fraunhofer

Das hätte Dädalus und Ikarus gefallen: Flugzeuge mit Solarantrieb

Anlässlich der Berlin Air Show (ILA) hat PC-Aero, ein Flugzeugentwickler aus Bayern, Elektra One Solar vorgestellt. Elektra One Solar ist ein Ultraleichtflugzeug, dessen Elektromotor mit Solarstrom und einem Akku betrieben wird. Der Einsitzer hat eine Reichweite bis zu 1000 Kilometer, die er geräuscharm und völlig emissionsfrei zurücklegen kann. Elektra One Solar ist aufgrund seiner Carbonbauweise sehr leicht, ohne Batterien wiegt das Flugzeug gerade einmal 100 Kilogramm. Sechs der acht Quadratmeter Flügelfläche sind mit Solarzellen besetzt. Diese erzeugen eine Leistung von etwas über 1kW. Da das Flugzeug aber im Horizontalflug 2,5 kW benötigt, wird die restliche Energie über Lithium-Ionen-Akkus zugesteuert. Diese Akkus lassen sich wiederum über eine mobile, mit Solarzellen bestückte Ladestation aufladen. Noch vor Ende des Jahres soll Elektra One Solar für den Markt zugelassen werden.

Quelle: PC-Aero